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Elucidation of a novel mechanism underlying piRNA-mediated transcriptional transposon silencing

大西, 遼 東京大学 DOI:10.15083/0002006485

2023.03.24

概要

論文審査の結果の要旨
氏名 大西 遼
本論文は10章の項目からなる。第1章には、本論文の要旨が英文及び和文で記載されて
いる。第2章は本論文で登場する略語集である。第3章は piRNA と Piwi による核内トラ
ンスポゾン転写抑制機構に関する序論となっている。第4章には本研究の狙い、第5章には
実験材料と実験手法が記載されている。また、第6章には実験の結果が、第7章には考察が
述べられている。第8章には本論文の結論がまとめられている。第9章には参考文献が、第
10章には謝辞がそれぞれ記載されている。
生殖細胞特異的に発現する小分子 RNA である piRNA は、ゲノムの不安定化を引き起こす
トランスポゾンを抑制することで、ゲノムの完全性に寄与する。ショウジョウバエの piRNA
は Piwi というタンパク質と複合体を形成し、核内でトランスポゾン の転写を抑制する。こ
の抑制機構はこれまで H3K9me3 の誘導を介したヘテロクロマチン形成によって引き起こ
されると考えられてきた。しかし、機能未知の Maelstrom(Mael)という因子の発現を RNAi
により抑制(KD)すると、H3K9me3 の修飾にはほとんど影響を与えずに、トランスポゾン
の転写抑制が解除される。このことから、Mael が H3K9me3 の誘導を介さずに転写を抑制
する可能性が示唆されてきた。しかし、Mael の機能は未だに明らかになっていない。本研
究では、生殖携帯細胞株である OSC を用いて、Piwi による核内転写抑制機構における Mael
の役割を明らかにするとともに、新たな抑制モデルの提示を目的としており、以下の結果を
得ている。
1. Mael の役割の手がかりを得るため、OSC から Piwi、Mael の複合体を単離し、質量解
析を行った。その相互作用因子から、Piwi が標的とするトランスポゾン(Piwi 依存性
トランスポゾン)の一つである mdg1 の転写活性化に寄与する、SWI/SNF 転写活性化
複合体の中心因子である Brm という因子を同定した。
2. Piwi を介したトランスポゾン抑制における Brm のゲノムワイドな寄与を明らかにす
るため、Brm KD OSC の RNA-seq を行ったところ、Piwi 依存性トランスポゾン のほ
ぼ全てが、Brm によって制御されていることが示された。さらに Piwi KD OSC を用
いた Brm ChIP-seq を行ったところ、Piwi KD 時にこれらのトランスポゾンの LTR へ
の Brm の結合が上昇することが示された。
3. Piwi による抑制機構の Brm 依存性転写に対する選択制を明らかにするため、人工
piRNA システムを用いて Brm 依存的な遺伝子、非依存的な遺伝子に対する piRNA を
発現させた。人工的 piRNA システムとは、生合成の起点となる配列と目的の遺伝子の
アンチセンス配列を組み込んだプラスミドを発現させることで、任意の遺伝子に対す
る piRNA を生合成させる手法である。その結果、Brm 非依存的な遺伝子の緩慢な抑制
傾向に対して、Brm 依存的な遺伝子は H3K9me3 の蓄積を伴わない急速な転写抑制が

1

観察された。
4. Brm 依存的な転写抑制における Mael の寄与を明らかにするために、テザリング実験
により Mael の Brm 依存性転写抑制能を検証した。テザリング実験とは、レポーター
の UTR に新生 RNA がステム構造を形成する boxB 配列を挿入し、ステムと結合する
lambdaN ペプチドを融合したタンパク質を発現させることで、そのタンパク質の新生
RNA 上でのレポーター抑制能を検証する方法である。その結果、Mael は Brm 依存性
プロモーターを有するレポーターの転写を抑制する機能を持つことが示された。
本論文では、1~4 の結果から、Piwi は Mael を介して、Brm 依存的に転写活性化する LTR
型のレトロトランスポゾンの転写を選択的に抑制しており、その後に H3K9me3 を誘導す
ることでヘテロクロマチン形成を引き起こすというモデルを提唱している。本研究の成果
は、従来の piRNA による核内転写抑制に関する研究に対して新たな見地を提供するもので
あり、非常に重要性の高いものであると考えられる。
なお、本論文は、佐藤 薫、村野 健作、根岸 瑠美、塩見 春彦、塩見 美喜子との共
同研究であるが、論文提出者が主体となって分析及び検証を行ったもので、論文提出者の寄
与が十分であると判断する。
したがって、博士(理学)の学位を授与できると認める。

2

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(2020).

doi:

9. Acknowledgement

146

Acknowledgments

At first, I owe my deepest gratitude to Prof. Mikiko C.

Siomi for her guidance and encouragement. Dr. Kaoru Sato and

Dr. Kensaku Murano

give

me

insightful comments

and

suggestions. I thank Dr. Lumi Negishi for performing mass

spectrometry analyses. I also thank Akiko Takahashi, Ken

Ohsumi, Mina Horikoshi and Masaru Ariura for technical

assistance, Dr. Tetsutaro Sumiyoshi, Dr. Yuka W. Iwasaki, Dr.

Shigeki Hirakata and Dr. Hikari Yoshitane for advices on

bioinformatic analyses, Hiromi Yamada for proofreading of the

text and members of the Siomi laboratories. Particularly Prof.

Haruhiko Siomi, Dr. Yuka W. Iwasaki and Dr. Soichiro Yamanaka

gave me constructive comments and warm encouragement. We

also thank Prof. Lei Zhang and Prof. Susumu Hirose for sharing

antibodies and Prof. Katsuhiko Shirahige for advices on ChIP.

147

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